专利名称：一种实现wlan轨道通信系统快速切换的方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，涉及ー种实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法。
背景技术：
在现有的车地无线通信系统中，主要是地面的有线网和车地之间的窄带无线通信技木，缺乏实现行驶中的列车与地面控制中心无线宽带通信的手段，使得综合监控系统的一些功能在车地间无法实现，比如车厢内视频监控图像的实时上传(属于CCTV系统)，多媒体PIS车载信息实时下传，行驶中的车辆、旅客状态信息传输。
WLAN是指一系列以IEEE802. 11协议族为代表的无线局域网技术，其以大容量，高带宽，技术设备成熟等优点获得广泛的应用。轨道交通即采用WLAN做为传输技术，解决高速移动中列车与轨旁WLAN接入点间的快速切換问题。如图I所示，802. 11无线局域网络主要由以下几个元素组成I、无线工作站(Stations，STA) :STA是带有无线网络接ロ的设备，可支持自由移动，支持高宽带。2、WLAN接入点(Access Point, AP) :AP是用于无线网络的交换机，是移动终端STA与WLAN的接入点。3、基本业务集(Basic Service Set，BSS):在BSS模式下至少有ー个AP作为网络的管理设备来管理所有的STA，向STA提供接入和传输服务。BSS是局域网构成的基本単元，也可以理解成一个整体的范围，在此范围内的STA可以保持通信，但超出这个范围的STA就不能和BSS内的STA进行通信。4、扩展业务集(Extend Servece Set, ESS):为了扩展无线局域网的覆盖范围,增加终端的移动性，多个BSS可以联合组成扩展业务集。5、独立基本业务集(Independent Basic Service Set, IBBS)一个最小的 BBS 可以包括两个工作站，只通过局域网不通过其它媒介进行通话，也叫Ad-hoc自组网模式。6、分发系统(Distribution System, DS) :DS是通过AP间的无线连接实现BSS的连接。在基于WLAN的轨道交通系统中，STA与AP的切换过程主要分为三个阶段，如图2所示I、扫描阶段在使用任何网络之前，首先必须找出网络的存在。在无线局域网中，STA在加入网络之前必须有识别过程。在所在的区域识别现有网络过程就是扫描。当列车上的STA远离当前AP吋，当前AP的信号强度与SNR都发生恶化，而新AP的SNR在上升过程中，新旧AP的SNR或信号强度满足一定的门限时，即开始扫描阶段。常见的扫描方式有主动扫描和被动扫描。(I)主动扫描用户预先配有一个信道列表，STA在信道列表中的信道上广播探寻请求帧。AP收到探寻请求帧之后，回应探寻响应帧，如图3所示。如果STA在信道最小响应时间(MinChennelTime)内没有接收到该信道的探寻响应帧，则会扫描下一信道；如果STA接收到探寻■响应巾贞，则会一直接收到信道最大响应时间(MaxChennelTime),停止接收探寻·响应帧，扫描下一信道。信道全部扫描后，STA会选择信号最強的AP进行关联。现在一般性设备都采用主动扫描方式。(2)被动扫描被动扫描是指STA通过侦听AP定期发送的信标帧来发现网络。用户预先配有用于扫描的信道列表，在每个信道上监听信标。被动扫描要求AP周期性发送信标帧。但这种扫描方式实时性较差，当用户需要节省电量时，可以使用被动扫描。2、认证阶段802. 11认证要求ー个STA发送帧之前先确定自己的标识。认证机制包括两种，共享系统认证以及共享密钥认证。只有通过认证后才能进入关联/重关联阶段。
3、关联/重关联阶段一旦认证完成之后，STA就可以跟AP进行关联(或者跟新的接入点进行重关联)，以便获得完整的网络访问权。重关联过程与关联过程类似，在AP和STA的交互上没有区別。当STA从某个AP的覆盖范围转移到另ー个AP时，就要进行重关联。在切换的三个阶段中，扫描阶段的时延占整个切换过程的90%左右的时间，而以目前采用主动全扫描信道的方法，切換过程大至需要200ms以上的时间来完成，在轨道交通环境下，这样的切换时延对绝大多数的业务来说，都是无法接受的，特别是在对带宽及数据传输要求较高的视频监控系统中，会导致图像传输不连贯及出现马赛克等问题，所以在扫描阶段入手以减小扫描时间是现在减小切换延时实现快速切換的主要方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法，该方法大大减小了毎次切換都全扫描所有信道产生的切換时延。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。一种实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法，包括以下步骤步骤ー，在车载STA中设置缓存；步骤ニ，列车启动前，在列车的车载STA的缓存中按列车的两个前进方向顺序静态配置列车沿途的AP信息，形成两个方向的AP信息列表；步骤三，列车首次运行吋，按静态配置扫描ー个方向的AP信息列表，判断列车的前进方向；步骤四，确定列车的前进方向后，按照前进方向的AP信息列表扫描下一个相邻AP所在信道，如果扫描结果与静态配置一致，则快速切換到所述下ー个相邻AP;如果不一致，则进行全信道或选择性信道扫描，井根据扫描结果更新所述前进方向的AP信息列表。作为本发明的一种优选方案，每个所述AP信息列表均包括AP的信道频点、或/和MAC地址、或/和鉴权信息。作为本发明的另ー种优选方案，步骤三中，判断列车运行方向的方法为将与起始AP相邻的两个不同方向的AP设为两个不同的频点，列车开动时，扫描所述两个不同的频点，根据频点的不同确定列车的运行方向；其中起始AP为列车首次运行时，车载STA第一个连接的轨旁AP。作为本发明的再一种优选方案，步骤三中，判断列车运行方向的方法为如果与起始AP相邻的两个不同方向的AP在同一频点，则根据所述AP信息列表中不同的MAC地址来确定不同方向的AP，进而确定列车的运行方向；其中起始AP为列车首次运行吋，车载STA第一个连接的轨旁AP。作为本发明的再一种优选方案，步骤四中，在列车移动过程中，车载STA按照前进方向的AP信息列表中下一个相邻AP的信道频点进行扫描，如果扫描结果与静态配置一致，则快速切換到所述下ー个相邻AP ;如果不一致，则进行全信道或选择性信道扫描，并根据扫描结果更新所述前进方向的AP信息列表。本发明的有益效果在于本发明采用信道学习方法按照静态配置扫描指定的信道，只在某些AP产生故障的时候进行全扫描，大大减小了毎次切換都全扫描所有信道产生的切换时延，而且可以通过设定所有AP的固定频点，进行选择性信道扫描，进ー步减小了切換延时。
图I为无线局域网络(WLAN)的结构示意图；图2为STA与AP的切换过程中经历的三个阶段的示意图；图3为STA与AP的切换过程中主动扫描的示意图；图4为WLAN轨道通信系统的系统结构示意图；图5为本发明所述的实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法流程图。
具体实施例方式本发明将WLAN技术应用在轨道交通中，在切换中采用信道学习技术，在列车开动前将各AP信息列表静态配置进无线工作站(Stations，STA)缓存区，同时在列车移动过程中按缓存配置扫描所经WLAN接入点(Access Point, AP)的信道频点，如果没有扫描到所经AP的信息，则更新AP信息列表，使其在第二次切換中大大减小了时延。下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进ー步详细说明。实施例一WLAN轨道通信系统的系统结构如图4所示，包括地面应用系统、轨旁系统和车载系统；所述地面应用系统包括服务中心，其统一管理服务多个轨旁系统。所述轨旁系统主要包括轨旁服务器和沿轨道等间距设置的AP。所述车载系统主要包括车载服务器和分别设置在车头和车尾的STA。列车在运行过程中，车载STA与轨旁AP通信，进而将车载信息与地面信息进行交互。本实施例提供一种实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法，该方法的流程如图5所示，包括以下步骤一种实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法，包括以下步骤步骤一，在车载STA中设置缓存；所述缓存用以储存沿途各个AP的信息，如MAC地址、信道、鉴权信息等。步骤ニ，列车启动前，在列车的车载STA的缓存中按列车的两个前进方向顺序静态配置列车沿途的AP信息，形成两个方向的AP信息列表，每个AP信息列表均包括各个AP的信道频点、或/和MAC地址、或/和鉴权信息等，其中鉴权信息主要用干与AP连接过程中的一些认证操作。因为轨道交通是按照固定线路运行，所以列车所经AP的信息是已知的，故可以采用静态配置的方法在列车启动前将沿途的AP点信息，按列车两个前进方向顺序配置进车载STA的缓存。步骤三，列车首次运行吋，按静态配置扫描ー个方向的AP信息列表，判断列车的前进方向。在列车首次运行当中，首先按静态配置扫描与AP相邻的两个AP所在信道(即起始AP和第三AP所在信道，其中起始AP为列车首次运行时，车载STA第一个连接的轨旁AP)，根据扫描结果来判断列车前进方向。判断方式有以下两种方式I :将与起始AP相邻的两个不同方向的AP设为两个不同的频点，列车开动时，在这两个频点扫描，根据频点的不同可确定列车的运行方向。因为列车刚开动时速度不·高，所以扫描两个频点的切换时延是可以接受的。方式2 :如果与起始AP相邻的两个不同方向的AP在同一频点，则可根据AP信息列表中不同的MAC地址来确定不同方向的AP,进而确定列车的运行方向。步骤四，确定列车的前进方向后，按照前进方向的AP信息列表扫描下一个相邻AP所在信道，如果扫描结果与静态配置一致，则快速切換到所述下ー个相邻AP;如果不一致，则进行全信道扫描，井根据扫描结果更新所述前进方向的AP信息列表，在下一次列车运行中按更新后的列表进行切換。正常情况下是不需要进行全信道扫描的，除非在某些AP产生故障的时候才需要进行全信道扫描。在列车移动过程中，车载STA按照前进方向的AP信息列表中下一个相邻AP的信道频点进行扫描，如果扫描结果与静态配置一致，则快速切換到所述下ー个相邻AP ;如果不一致，则进行全信道或选择性信道扫描，井根据扫描结果更新所述前进方向的AP信息列表。所述全信道包括AP信息列表中全部AP的信道频点。本发明采用信道学习方法按照静态配置扫描指定的信道，只在某些AP产生故障的时候进行全扫描，大大减小了毎次切換都全扫描所有信道产生的切换时延，而且可以通过设定所有AP的固定频点，进行选择性信道扫描，进ー步减小了切換延时。本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
权利要求
1.一种实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一，在车载STA中设置缓存； 步骤ニ，列车启动前，在列车的车载STA的缓存中按列车的两个前进方向顺序静态配置列车沿途的AP信息，形成两个方向的AP信息列表； 步骤三，列车首次运行时，按静态配置扫描ー个方向的AP信息列表，判断列车的前进方向； 步骤四，确定列车的前进方向后，车载STA按照前进方向的AP信息列表扫描下ー个相邻AP所在信道，如果扫描结果与静态配置一致，则快速切換到所述下ー个相邻AP ;如果不一致，则进行全信道或选择性信道扫描，井根据扫描结果更新所述前进方向的AP信息列表。
2.根据权利要求I所述的实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法，其特征在于每个所述AP信息列表均包括AP的信道频点、或/和MAC地址、或/和鉴权信息。
3.根据权利要求2所述的实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法，其特征在于步骤三中，判断列车运行方向的方法为将与起始AP相邻的两个不同方向的AP设为两个不同的频点，列车开动时，扫描所述两个不同的频点，根据频点的不同确定列车的运行方向；其中起始AP为列车首次运行吋，车载STA第一个连接的轨旁AP。
4.根据权利要求2所述的实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法，其特征在于步骤三中，判断列车运行方向的方法为如果与起始AP相邻的两个不同方向的AP在同一频点，则根据所述AP信息列表中不同的MAC地址来确定不同方向的AP，进而确定列车的运行方向；其中起始AP为列车首次运行吋，车载STA第一个连接的轨旁AP。
5.根据权利要求2所述的实现WLAN轨道通信系统快速切換的方法，其特征在于步骤四中，在列车移动过程中，车载STA按照前进方向的AP信息列表中下一个相邻AP的信道频点进行扫描，如果扫描结果与静态配置一致，则快速切換到所述下ー个相邻AP ;如果不一致，则进行全信道或选择性信道扫描，井根据扫描结果更新所述前进方向的AP信息列表。
全文摘要
本发明公开了一种实现WLAN轨道通信系统快速切换的方法，包括步骤一，在车载STA中设置缓存；步骤二，列车启动前，在列车的车载STA的缓存中按列车的两个前进方向顺序静态配置列车沿途的AP信息，形成两个方向的AP信息列表；步骤三，列车首次运行时，按静态配置扫描一个方向的AP信息列表，判断列车的前进方向；步骤四，确定列车的前进方向后，按照前进方向的AP信息列表扫描下一个相邻AP所在信道，如果扫描结果与静态配置一致，则快速切换到所述下一个相邻AP；如果不一致，则进行全信道扫描，并根据扫描结果更新所述前进方向的AP信息列表。本发明按照静态配置扫描指定的信道，大大减小了每次切换都全扫描所有信道产生的切换时延。
文档编号H04W36/18GK102869062SQ20111019003
公开日2013年1月9日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者徐浩煜, 吴国东, 汪亮友, 龚勇 申请人:上海中科高等研究院